JP2013145067A - Biomass combustion burner and biomass combustion apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、バイオマス燃焼バーナ及びバイオマス燃焼装置に係り、特にバーナの出口近傍における着火性を高めるバーナ装置に関するものである。 The present invention relates to a biomass combustion burner and a biomass combustion apparatus, and more particularly to a burner apparatus that enhances ignitability in the vicinity of the outlet of the burner.
近年の二酸化炭素による地球温暖化の問題から、カーボンニュートラルといわれるバイオマス燃料が注目されている。バイオマスは、生物が光合成によって生成した有機物であり、バイオマスを燃焼することによって放出される二酸化炭素は、生物の成長過程で、光合成により大気から吸収した二酸化炭素である。したがって、バイオマスは生物のライフサイクルの中で大気中の二酸化炭素を増加させないニュートラルな燃料である。 Due to the problem of global warming caused by carbon dioxide in recent years, biomass fuel called carbon neutral has attracted attention. Biomass is an organic matter produced by living organisms through photosynthesis, and carbon dioxide released by burning biomass is carbon dioxide absorbed from the atmosphere by photosynthesis during the growth of the organism. Thus, biomass is a neutral fuel that does not increase atmospheric carbon dioxide during the life cycle of the organism.
そこで、火力発電プラントからの二酸化炭素の排出量削減のため、化石燃料の代わりにバイオマス燃料を用いたバイオマス焚きボイラ、又は化石燃料の一部をバイオマス燃料に代替するバイオマス燃料混焼ボイラの開発が進められている。 Therefore, in order to reduce carbon dioxide emissions from thermal power plants, the development of biomass fired boilers that use biomass fuel instead of fossil fuel, or biomass fuel co-fired boilers that replace part of fossil fuel with biomass fuel is underway. It has been.
バイオマス燃料は化石燃料、例えば石炭と比較すると、密度、含有揮発分量、含有水分量、含有元素の割合等、燃料の性状が大きく異なることから、石炭等の化石燃料と同一のバーナでバイオマス燃料を燃焼させた場合、化石燃料の燃焼時と燃焼状態が大きく異なってくる。そのため、バイオマス燃料を燃焼させるためのバイオマス燃焼バーナの開発が進められている。 Compared with fossil fuels, for example, coal, biomass fuels differ greatly in properties such as density, volatile content, moisture content, and ratio of contained elements.Therefore, biomass fuel is used in the same burner as fossil fuels such as coal. When burned, the combustion state of fossil fuel is greatly different from that when burning. Therefore, development of a biomass burning burner for burning biomass fuel is being promoted.
バイオマス燃焼バーナの例として下記特許文献1〜4が挙げられる。
特許文献1には、少なくとも4本の異なる径の円筒状部材を同心状(同軸状)に組み合わせ、最も内側から着火用補助燃料を供給し、その外側から順に補助燃料燃焼用空気、バイオマス燃料、バイオマス燃料の燃焼用空気を供給してバイオマス燃料を燃焼させる多管式バイオマス燃焼バーナが開示されている。
The following patent documents 1-4 are mentioned as an example of a biomass combustion burner.
In Patent Document 1, at least four cylindrical members having different diameters are combined concentrically (coaxially), auxiliary fuel for ignition is supplied from the innermost side, air for auxiliary fuel combustion, biomass fuel, A multi-tube biomass combustion burner is disclosed that burns biomass fuel by supplying biomass fuel combustion air.
特許文献2には、バーナ中心の木材噴出ノズルから微粉木材を噴出すると共に、木材噴出ノズルの外周に設けた石炭噴出ノズルから微粉炭を噴出して燃焼させる混焼バーナが開示されている。
特許文献3には、バイオマス燃料を供給する中心ノズルの先端に設けた保炎器を拡大構造としたり、中心ノズル内に分散装置等を設けたバーナが開示されている。
特許文献4には、石炭燃料噴出ノズルを中心側にバイオマス燃料噴出ノズルをその外周側に設け、バイオマス燃料噴出ノズルの先端に保炎板を設けたバーナが開示されている。
Patent Document 4 discloses a burner in which a biomass fuel injection nozzle is provided on the outer peripheral side of a coal fuel injection nozzle on the center side, and a flame holding plate is provided at the tip of the biomass fuel injection nozzle.
特許文献1に記載の構成によれば、シンプルな構造で多管式バイオマス燃焼バーナを実現できる。また、特許文献2に記載の構成によれば、木材噴出ノズルから噴出される微粉木材を石炭噴出ノズルから噴出される微粉炭が包み込むことで、燃焼温度を安定させている。更に、特許文献3に記載の構成によれば、保炎器の炉内側でバイオマス燃料のよどみ域を形成し、安定燃焼を図っている。特許文献4に記載の構成によれば、バイオマス燃料噴出ノズルの先端に設けた保炎板により渦流を形成させて着火の安定を図っている。
According to the configuration described in Patent Document 1, a multi-tube biomass combustion burner can be realized with a simple structure. Moreover, according to the structure of
ここで、バイオマス燃料を燃焼させるためには、例えば同じ固体燃料である石炭と同様に微細な粒子に粉砕し、微粉状にしたバイオマス燃料をバーナに供給する必要がある。しかし、バイオマス燃料の主成分はセルロース等の繊維質であるため、石炭に比べて微粉砕することが難しい。
石炭焚きボイラを例に挙げると、燃焼させるのに好適な石炭粒子の粒子径は、200メッシュパス(75μm以下のサイズの粒子割合)で70%〜90%程度である。
Here, in order to burn the biomass fuel, for example, it is necessary to supply to the burner biomass fuel that has been pulverized into fine particles and finely powdered like coal, which is the same solid fuel. However, since the main component of biomass fuel is fiber such as cellulose, it is difficult to pulverize compared to coal.
Taking a coal fired boiler as an example, the particle diameter of coal particles suitable for burning is about 70% to 90% in a 200 mesh pass (particle ratio of a size of 75 μm or less).
一方、微粉砕機によりバイオマス燃料を、石炭が200メッシュパスで70%〜90%となるのと同じ負荷をかけて粉砕した場合、バイオマス燃料は200メッシュパスで数%程度に留まる。更に、粒子の中には最大数mm程度の大きさの粒子も存在し、粉砕後のバイオマス燃料の粒子径は石炭に比べて顕著に大きくなる。バイオマス燃料の粒子径を小さくするためには、微粉砕機の負荷を大きくしなければならないが、それにより動力消費が増大する。しかし、粉砕効率の制約及び動力の上限により、バイオマス燃料を石炭と同程度の微粒子に粉砕することは現実的には難しい。 On the other hand, when the biomass fuel is pulverized by a fine pulverizer under the same load as coal becomes 70% to 90% in a 200 mesh pass, the biomass fuel remains at a few percent in the 200 mesh pass. Furthermore, some of the particles have a maximum size of several millimeters, and the particle size of the pulverized biomass fuel is significantly larger than that of coal. In order to reduce the particle size of the biomass fuel, the load on the pulverizer must be increased, which increases power consumption. However, it is practically difficult to pulverize biomass fuel into fine particles similar to coal due to the limitation of pulverization efficiency and the upper limit of power.
固体燃料をバーナで燃焼させる際には、まず数10μm以下の微粒子が着火し、この微粒子を起点とした火炎の伝播が起こることでより大きな粒子径の燃料粒子が燃焼する。そのため、固体燃料の安定着火及び安定燃焼には数10μm以下の微粒子の存在が不可欠であるが、粉砕後の燃料粒子中に含まれる微粒子の割合が石炭よりも極めて低下するバイオマス燃料では、燃焼時の着火性が低下するため、バーナにおける安定燃焼が困難であった。 When solid fuel is burned with a burner, first, fine particles of several tens of μm or less are ignited, and fuel particles having a larger particle diameter are burned by the propagation of a flame starting from the fine particles. Therefore, the presence of fine particles of several tens of μm or less is indispensable for stable ignition and stable combustion of solid fuel. However, in the case of biomass fuel in which the proportion of fine particles contained in the pulverized fuel particles is much lower than that of coal, Since the ignitability of the is reduced, stable combustion in the burner was difficult.
特許文献1に記載の構成では、バーナの構造はシンプルであるものの、一次空気や二次空気のスワール(渦)の強度を変更しないと安定燃焼は難しい。
そして、特許文献2に記載の構成では、微粉木材を微粉炭が包み込むことで、ある程度燃焼温度が安定するが、包み込むのに十分な量の微粉炭が必要である。また、微粉木材の量が多いとその効果も半減するため、微粉炭の量も多くする必要がある。更に、木材を微粉砕するためには上述のように微粉砕機の負荷を大きくしなければならず、動力消費の問題が残る。
In the configuration described in Patent Document 1, although the structure of the burner is simple, stable combustion is difficult unless the strength of swirls (vortices) of primary air or secondary air is changed.
In the configuration described in
更に、特許文献3や特許文献4に記載の構成では、保炎器(保炎板)によってある程度の安定燃焼は可能でも、バイオマス燃料の粒子径が大きい場合は着火性の低下等の問題も残る。また、バイオマス燃料を微粉砕するのに動力が掛かるため、バイオマス燃料は副燃料として使用されるのみであり、バイオマス燃料の有効利用は未だ不十分であるといえる。
Further, in the configurations described in
本発明の課題は、バイオマス燃料の燃焼時の着火性の低下を防止して、バーナにおける安定燃焼が可能なバイオマス燃焼バーナ及びこのバイオマス燃焼バーナを備えたバイオマス燃焼装置を提供することである。 The subject of this invention is providing the biomass combustion apparatus provided with this biomass combustion burner which prevents the fall of the ignitability at the time of combustion of biomass fuel, and can perform the stable combustion in a burner.
本発明の上記課題は、以下の手段により解決することができる。
請求項1記載の発明は、中心軸に設けられる液体燃料ノズルと、該液体燃料ノズルの外周に設けられ、バイオマス燃料と搬送気体とを搬送し噴出するバイオマス燃料ノズルと、前記液体燃料ノズルの外周に設けられ、バイオマス燃料ノズル内の燃料の流路をバイオマス燃料ノズルの内壁側に狭める燃料濃縮器と、前記バイオマス燃料ノズルの先端部の内壁に設けた保炎器と、バイオマス燃料ノズルの外周に設けられ、燃料の燃焼ガスを噴出する燃焼ガスノズルとを備えたバイオマス燃焼バーナであって、前記バイオマス燃料ノズルの外周で、且つ燃焼ガスノズルの内周に、固体燃料の粒子を搬送しバイオマス燃料ノズル内に噴出する固体燃料ノズルを設け、該固体燃料搬送ノズルの噴出口を、燃料濃縮器と保炎器との間で、且つ保炎器近傍のバイオマス燃料ノズル壁面に設けたバイオマス燃焼バーナである。
The above-described problems of the present invention can be solved by the following means.
The invention according to claim 1 is a liquid fuel nozzle provided on a central axis, a biomass fuel nozzle provided on an outer periphery of the liquid fuel nozzle for conveying and ejecting biomass fuel and a carrier gas, and an outer periphery of the liquid fuel nozzle. A fuel concentrator that narrows the flow path of the fuel in the biomass fuel nozzle toward the inner wall side of the biomass fuel nozzle, a flame holder provided on the inner wall of the tip of the biomass fuel nozzle, and an outer periphery of the biomass fuel nozzle A biomass combustion burner provided with a combustion gas nozzle for ejecting a fuel combustion gas, wherein the solid fuel particles are transported to the outer periphery of the biomass fuel nozzle and to the inner periphery of the combustion gas nozzle; A solid fuel nozzle that is jetted to the nozzle, and a jet port of the solid fuel transfer nozzle is provided between the fuel concentrator and the flame holder and in the vicinity of the flame holder. A biomass combustion burner provided in the biomass fuel nozzle wall.
請求項2記載の発明は、前記固体燃料は、半炭化処理されたバイオマス燃料である請求項1記載のバイオマス燃焼バーナである。 A second aspect of the present invention is the biomass combustion burner according to the first aspect, wherein the solid fuel is a semi-carbonized biomass fuel.
請求項3記載の発明は、前記固体燃料の粒子が微粉炭である請求項1に記載のバイオマス燃焼バーナと、前記固体燃料ノズルに供給する固体燃料を粒子状に粉砕する固体燃料粉砕機とを設けたバイオマス燃焼装置である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the biomass combustion burner according to the first aspect, wherein the solid fuel particles are pulverized coal, and a solid fuel pulverizer for pulverizing the solid fuel supplied to the solid fuel nozzle into particles. It is the provided biomass combustion apparatus.
請求項4記載の発明は、請求項2に記載のバイオマス燃焼バーナと、前記固体燃料ノズルに供給する半炭化処理されたバイオマス燃料の粒子を貯留する固体燃料貯留器とを設けたバイオマス燃焼装置である。
The invention according to claim 4 is a biomass combustion apparatus provided with the biomass combustion burner according to
(作用)
固体燃焼をバーナで燃焼させる際には、まず数10μm以下の微粒子が着火し、この微粒子を起点とした火炎の伝播が起こることでより大きな粒子径の燃料粒子が燃焼する。したがって、固体燃料の安定着火及び安定燃焼には数10μm以下の微粒子の存在が不可欠であるが、粉砕後の燃料粒子中に含まれる微粒子の割合が石炭よりも極めて低下するバイオマス燃料では、燃焼時の着火性が低下するため、バーナにおける安定燃焼が困難であった。
(Function)
When solid combustion is performed with a burner, first, fine particles of several tens of μm or less are ignited, and the propagation of a flame starting from the fine particles causes combustion of fuel particles having a larger particle diameter. Therefore, the presence of fine particles of several tens of μm or less is indispensable for stable ignition and stable combustion of solid fuel, but in the case of biomass fuel in which the proportion of fine particles contained in the pulverized fuel particles is much lower than that of coal, Since the ignitability of the is reduced, stable combustion in the burner was difficult.
本発明によれば、バイオマス燃料を主燃料、固体燃料を副燃料として使用し、固体燃料ノズルの噴出口からバイオマス燃料ノズル内に固体燃料の粒子を供給することで、バイオマス燃料ノズル内壁の固体燃料の微粒子の割合を増加させることができる。
例えば、固体燃料の粒子として、数10μmオーダーの固体燃料の微粒子を使用する。具体的には、固体燃料を75μm以下のサイズの粒子割合で70%〜90%に調整すると良い。また、バイオマス燃料は粗粉砕(数ミリ程度、例えば2mm以下)するだけで良い。
According to the present invention, the biomass fuel is used as the main fuel, the solid fuel is used as the auxiliary fuel, and the solid fuel particles are supplied into the biomass fuel nozzle from the jet port of the solid fuel nozzle. The proportion of the fine particles can be increased.
For example, solid fuel particles of the order of several tens of micrometers are used as the solid fuel particles. Specifically, the solid fuel may be adjusted to 70% to 90% with a particle ratio of a size of 75 μm or less. Further, the biomass fuel only needs to be roughly pulverized (several millimeters, for example, 2 mm or less).
バイオマス燃料ノズル内の濃縮器により、バイオマス燃料ノズルの内壁側に搬送流路が狭められるため、バイオマス燃料はバーナの中心から外側に流れてバイオマス燃料ノズルの径方向の内壁沿いにおけるバイオマス燃料濃度が高まる。このバイオマス燃料濃度が高い領域にバイオマス燃料ノズルの外周から固体燃料の粒子が供給されるため、固体燃料の粒子は効率よくバイオマス燃料と接触、混合する。そして、バイオマス燃料ノズルの径方向の内壁沿いに微粒子濃度(この微粒子とはバイオマス燃料の微粒子と固体燃料の微粒子の両方の微粒子のことである)が高まった固気二相流を形成するため、火炉開口部における燃料の着火性が向上する。更に、バイオマス燃料ノズルの出口内壁には保炎器が設置されているため、この保炎器近傍に固体燃料の粒子が供給されて保炎器に当たると粒子速度が低下して保炎器近傍に粒子が集中する。したがって、この粒子が着火することで、燃料の安定的な着火が可能となる。 The concentrator in the biomass fuel nozzle narrows the transfer channel to the inner wall side of the biomass fuel nozzle, so that the biomass fuel flows from the center of the burner to the outside and the biomass fuel concentration along the inner wall in the radial direction of the biomass fuel nozzle increases. . Since the solid fuel particles are supplied from the outer periphery of the biomass fuel nozzle to the region where the biomass fuel concentration is high, the solid fuel particles efficiently contact and mix with the biomass fuel. In order to form a solid-gas two-phase flow along the inner wall of the biomass fuel nozzle in the radial direction, the concentration of fine particles (this fine particle is both fine particles of biomass fuel and fine particles of solid fuel) increased, The ignitability of fuel at the furnace opening is improved. In addition, since a flame holder is installed on the outlet inner wall of the biomass fuel nozzle, when the solid fuel particles are supplied near the flame holder and hit the flame holder, the particle velocity decreases, and the flame holder is near the flame holder. Particles are concentrated. Therefore, stable ignition of the fuel becomes possible by igniting these particles.
すなわち、請求項1記載の発明によれば、固体燃料ノズルから固体燃料の粒子がバイオマス燃料ノズル内のバイオマス燃料濃度が高い領域に噴出してバイオマス燃料と混合し、この粒子を起点とした火炎の伝播が起こることでより大きな粒子径のバイオマス燃料粒子が燃焼する。したがって、バイオマス燃料と固体燃料の粒子が効率よく接触、混合されることで、比較的粒子径が大きく、微粒子の割合が小さいバイオマス燃料でも、燃焼時の着火性が低下しない。また、バイオマス燃料と固体燃料の接触、混合が保炎器近傍で行われるため、保炎器近傍で着火する。したがって、燃料の安定的な着火が可能となる。 That is, according to the first aspect of the present invention, the solid fuel particles are ejected from the solid fuel nozzle into the biomass fuel nozzle in the region where the biomass fuel concentration is high and mixed with the biomass fuel. Biomass fuel particles with a larger particle size are burned by the propagation. Therefore, the biomass fuel and the solid fuel particles are efficiently contacted and mixed so that the ignitability at the time of combustion does not decrease even with a biomass fuel having a relatively large particle size and a small proportion of fine particles. Moreover, since contact and mixing of biomass fuel and solid fuel are performed in the vicinity of the flame holder, ignition is performed in the vicinity of the flame holder. Therefore, stable ignition of fuel becomes possible.
また、バイオマス燃料を半炭化処理すると、バイオマス燃料中の繊維質の熱分解が起こり、バイオマス燃料を微粉砕しやすくなる。更に、バイオマス燃料が元来揮発分を多量に含むことにより、着火性に富み、燃料として好適である。なお、半炭化バイオマス燃料とは、バイオマス燃料を還元雰囲気下で200℃〜300℃程度で加熱処理し、バイオマス燃料に含まれる揮発分を残しつつ、含有水分率を数パーセント以下にした燃料である。なお、炭化燃料とは、水分だけではなく、揮発分もバイオマス燃料から除去したもので、半炭化バイオマス燃料とは区別される。 Moreover, when the biomass fuel is semi-carbonized, thermal decomposition of the fiber in the biomass fuel occurs, and the biomass fuel is easily pulverized. Furthermore, since biomass fuel originally contains a large amount of volatile components, it has high ignitability and is suitable as a fuel. The semi-carbonized biomass fuel is a fuel in which the biomass fuel is heat-treated at about 200 ° C. to 300 ° C. in a reducing atmosphere and the water content is reduced to several percent or less while leaving the volatile components contained in the biomass fuel. . Carbonized fuel is not only moisture but also volatile components removed from biomass fuel, and is distinguished from semi-carbonized biomass fuel.
したがって、請求項2記載の発明によれば、上記請求項1に記載の発明の作用に加えて、固体燃料として半炭化処理されたバイオマス燃料を使用することで、より一層着火性に優れたものとなる。また、燃料を微粉砕する際にも未処理のバイオマス燃料に比べて動力が軽減される。
Therefore, according to the invention described in
そして、請求項3記載の発明によれば、上記請求項1に記載の発明の作用に加えて、固体燃料として微粉炭を使用した場合に、通常の微粉炭燃焼装置に元々備えてある粉砕機を利用することで、固体燃料ノズルに微粉炭燃料をスムーズに供給でき、また燃料供給系統の複雑化を防止できる。
And according to invention of
また、請求項4記載の発明によれば、上記請求項2に記載の発明の作用に加えて、半炭化バイオマス燃料の貯留器を設けることで、固体燃料ノズルに半炭化バイオマス燃料をスムーズに供給できる。固体燃料が微粉炭の場合は貯留せずに粉砕機で砕いた微粉をそのまま供給するが、半炭化バイオマス燃料は水分を除去したバイオマスであり、長時間大気中に放置しておくと、大気中の水分を吸収し、粉砕性が低下してしまう。また、新たに半炭化バイオマス燃料の粉砕機を設けると、コストがかかってしまう。
したがって、固体燃料に半炭化バイオマス燃料を使用する場合は、大気中の水分を吸収してしまう前に粉砕して貯留することが望ましい。
According to the invention described in claim 4, in addition to the operation of the invention described in
Therefore, when using semi-carbonized biomass fuel as the solid fuel, it is desirable to pulverize and store before absorbing moisture in the atmosphere.
本発明によれば、バイオマス燃料の燃焼時の着火性の低下を防止して安定的な着火が可能なバイオマス燃焼バーナを提供することができる。具体的には以下の効果を有する。
請求項1記載の発明によれば、固体燃料ノズルから固体燃料の粒子がバイオマス燃料ノズル内に噴出することで、バイオマス燃料粒子の燃焼が促進される。したがって、比較的粒子径が大きく、微粒子の割合が小さいバイオマス燃料を使用しても、燃焼時の着火性の低下が防止され、バーナにおける安定燃焼が可能となる。また、バイオマス燃料と固体燃料の粒子が効率よく接触、混合することで、固体燃料の粒子の流量を極力少なくしても、着火性の向上を図ることができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the biomass combustion burner which can prevent the fall of the ignitability at the time of combustion of biomass fuel and can perform stable ignition can be provided. Specifically, it has the following effects.
According to the first aspect of the present invention, combustion of biomass fuel particles is promoted by ejecting solid fuel particles from the solid fuel nozzle into the biomass fuel nozzle. Therefore, even if a biomass fuel having a relatively large particle size and a small proportion of fine particles is used, a decrease in ignitability during combustion is prevented, and stable combustion in the burner is possible. Further, since the biomass fuel and the solid fuel particles efficiently contact and mix, the ignitability can be improved even if the flow rate of the solid fuel particles is reduced as much as possible.
請求項2記載の発明によれば、上記請求項1に記載の発明の効果に加えて、固体燃料として半炭化処理されたバイオマス燃料を使用することで、微粉砕の手間もそれほど掛からず着火性に優れるバーナを提供できる。更にバイオマス燃料の専焼バーナとしても使用でき、バイオマス燃料の一層の有効利用が図れる。
According to the invention described in
請求項3記載の発明によれば、上記請求項1に記載の発明の効果に加えて、微粉炭燃焼装置に既存の微粉炭用の粉砕機を利用することで、固体燃料ノズルに微粉炭燃料をスムーズに供給できるため、バイオマス燃焼システムとして構築できる。
According to the invention described in
請求項4記載の発明によれば、上記請求項2に記載の発明の効果に加えて、半炭化バイオマス燃料の貯留器を設けることで、固体燃料ノズルに半炭化バイオマス燃料をスムーズに供給できる。新たに半炭化バイオマス燃料の粉砕機を設けた場合は、コストがかかったり、粉砕前に大気中の水分を吸収して粉砕性が低下してしまったりするが、このような問題も生じない。また、固体燃料として半炭化処理されたバイオマス燃料を使用することで、バイオマス燃料の有効利用が図れると共に、バイオマス専焼システムとしても構築できる。
According to the invention described in claim 4, in addition to the effect of the invention described in
以下に、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
図1には、本発明の実施例に係るバイオマス燃焼バーナの構成図を示す。本実施例は、バイオマス燃焼バーナ1の中心軸C(図2)に沿って設けられる液体燃料ノズル2と、その外周に設けられ、バイオマス燃料の搬送用ガス(一次空気)によってバイオマス燃料を搬送し、火炉12に供給するバイオマス燃料ノズル3と、バイオマス燃料ノズル3の先端部の内壁に設けられる保炎器13と、バイオマス燃料ノズル3の外周に設けられ、固体燃料の粒子を搬送ガスとともにバイオマス燃料ノズル3に噴出する噴出口10を備えた固体燃料ノズル4と、固体燃料ノズル4の外周に設けられ、燃焼用ガスを火炉12に噴出する燃焼用ガス噴出ノズル(二次空気用)5と、バイオマス燃料ノズル3内の燃料濃縮用の濃縮器9などから構成される。この濃縮器9は、液体燃料ノズル2の外周に設けられているため、バイオマス燃料ノズル3内の燃料の搬送流路をバイオマス燃料ノズル3の内壁側に狭める作用がある。
In FIG. 1, the block diagram of the biomass combustion burner which concerns on the Example of this invention is shown. In this embodiment, the
更に、燃焼用ガス噴出ノズル5の外周にバーナ出口で旋回流を形成するためのエアレジスタ6と、火炉12に燃焼用ガスを噴出する燃焼用ガス噴出ノズル(三次空気用)7と、バイオマス燃料ノズル3内の流路縮小用のベンチュリ8を備えても良い。
Furthermore, an
図2には、固体燃料ノズル4の構造を示す。図2は、図1のバイオマス燃焼バーナ1の固体燃料ノズル3の先端部分の拡大図を示している。
固体燃料ノズル4の先端部は、バイオマス燃料ノズル3の壁面に設けられた孔(噴出口)10に接続されている。固体燃料ノズル4内の固体燃料の粒子は、搬送ガスとともに固体燃料ノズル4内を通ってバイオマス燃料ノズル3内に投入される。
FIG. 2 shows the structure of the solid fuel nozzle 4. FIG. 2 shows an enlarged view of the tip portion of the
The tip of the solid fuel nozzle 4 is connected to a hole (jet port) 10 provided on the wall surface of the
本実施例では、バイオマス燃料を主燃料とし、この固体燃料の粒子を副燃料として使用しており、固体燃料ノズル4から固体燃料の粒子をバイオマス燃料ノズル3内に噴出することで、バイオマス燃料ノズル3の内壁側の固体燃料の粒子の割合が増加する。
In this embodiment, the biomass fuel is used as the main fuel, and the solid fuel particles are used as the auxiliary fuel. By ejecting the solid fuel particles from the solid fuel nozzle 4 into the
バイオマス燃料ノズル3内のバイオマス燃料は、濃縮器9によりバイオマス燃料ノズル3の内壁側に搬送流路が狭められるため、バイオマス燃料ノズル3の径方向の内壁沿いにおけるバイオマス燃料濃度が高まる。このバイオマス燃料濃度が高い領域にバイオマス燃料ノズル3の外壁から固体燃料の粒子が供給されることで、固体燃料の粒子は効率よくバイオマス燃料と接触、混合する。
The biomass fuel in the
そして、バイオマス燃料ノズル3の径方向の内壁沿いにバイオマス燃料と固体燃料の粒子濃度が高まった固気二相流を形成するため、火炉12の開口部における燃料の着火性が向上する。更に、バイオマス燃料ノズル3の出口内壁には保炎器13が設置されており、固体燃料の粒子が噴出する孔10を保炎器13の近傍に設けると、保炎器13近傍に固体燃料の粒子が供給されるため、保炎器13近傍に粒子が集中し、この粒子が着火して、燃料の安定的な着火が可能となる。したがって、比較的粒子径が大きく、微粒子の割合が小さいバイオマス燃料を使用しても、燃焼時の着火性の低下が防止され、バイオマス燃焼バーナ1における安定燃焼が可能となる
例えば、固体燃料の粒子は数10μm以下の微粒子とし、具体的には固体燃料を微粉砕して75μm以下のサイズの粒子割合で70%以上(70〜90%程度)になるように調整する。なお、この程度に粉砕することを本明細書では微粉砕という。
これは、石炭焚きボイラにおいて、微粉炭を燃料として使用した場合に好適な微粉炭の粒子径に相当する。また、固体燃料であれば種類を問わないが、着火性向上を目的するため、含有揮発分量が多い固体燃料(例えば、半炭化バイオマス燃料)を用いることが好ましい。
And since the solid-gas two-phase flow in which the particle | grain density | concentration of biomass fuel and solid fuel increased along the radial inner wall of the
This corresponds to a particle size of pulverized coal that is suitable when pulverized coal is used as fuel in a coal-fired boiler. Moreover, although it will not ask | require a kind if it is a solid fuel, in order to improve ignitability, it is preferable to use solid fuel (for example, semi-carbonized biomass fuel) with a large amount of contained volatile matter.
また、運用するボイラが微粉炭とバイオマス燃料の混焼ボイラであれば、固体燃料の粒子として微粉炭を用いることが好ましい。微粉炭とバイオマス燃料の混焼ボイラでは、新たに半炭化バイオマス燃料等の他燃料を準備するよりも、混焼用に使用される微粉炭を固体燃料として使用した方が、燃料供給系統が複雑にならなくて済む。 Moreover, if the boiler to operate | use is a mixed-fired boiler of pulverized coal and biomass fuel, it is preferable to use pulverized coal as solid fuel particles. In a co-fired boiler of pulverized coal and biomass fuel, the fuel supply system becomes more complicated when pulverized coal used for co-firing is used as a solid fuel than when other fuels such as semi-carbonized biomass fuel are newly prepared. No need.
バイオマス燃料としては、代表的な木質系のバイオマス燃料の他に、植物由来の固体燃料であれば何でも良い。トウモロコシなどの農産物や茶殻、コーヒーかすなどの食品廃棄物を利用しても良い。
なお、バイオマス燃料は微粉砕する必要はなく、粗粉砕(数ミリ以下、200メッシュパスで10%程度)するだけで足りる。また、この程度に粉砕することを本明細書では粗粉砕という。
As the biomass fuel, in addition to a typical woody biomass fuel, any plant-derived solid fuel may be used. Agricultural products such as corn and food waste such as tea leaves and coffee grounds may be used.
Biomass fuel does not need to be finely pulverized, but only coarsely pulverized (several millimeters or less, about 10% with a 200 mesh pass). Further, pulverization to this extent is referred to as coarse pulverization in this specification.
また、固体燃料の噴出口である孔10は、バイオマス燃料ノズル3内の燃料搬送方向(中心軸Cに沿った方向)に対して直交する方向に噴出されるように設置されると良い。固体燃料の微粒子がバイオマス燃料ノズル3内の燃料搬送方向と同じ方向に噴出されると、その流れに沿ってバイオマス燃焼バーナ1の外に出てしまい、固体燃料の微粒子とバイオマス燃料との混合が促進されない。
Moreover, the
固体燃焼の燃焼は、数10μm以下の微粒子が着火し、この微粒子を起点とした火炎の伝播が起こることでより大きな粒子径の燃料粒子が燃焼するため、固体燃料の微粒子とバイオマス燃焼との混合が促進される方が良い。 In solid combustion, fine particles of several tens of μm or less are ignited, and the propagation of flames starting from these fine particles causes combustion of fuel particles with a larger particle size. Is better promoted.
したがって、例えば、図1に示すように、固体燃料の噴出口である孔10の設置部をバイオマス燃料ノズル3の壁面からバイオマス燃料ノズル3内に突き出すように形成すると、バイオマス燃料の搬送方向に対して直交する方向に固体燃料の微粒子が噴出され、固体燃料の微粒子とバイオマス燃料との混合が促進されるため、より一層燃焼時の着火性の低下が防止され、バイオマス燃焼バーナ1における安定燃焼が可能となる。
Therefore, for example, as shown in FIG. 1, when the installation portion of the
また、孔10から噴出する固体燃料の微粒子は保炎器13の内側の面(火炉12側から見て背面)に衝突して、粒子速度が低下した後、バイオマス燃焼バーナ1の近傍で着火する。このように、バイオマス燃料ノズル3の出口内壁に設置された保炎器13の近傍に微粒子が集中するため、この微粒子が着火して、燃料の安定的な着火が可能となる。
Further, the fine particles of the solid fuel ejected from the
図3には、火炉12側からバイオマス燃焼バーナ1方向へ見た時の保炎器13の形状を示す。
この保炎器13はサメ歯形状をしており、孔10から噴出する微粒子を効果的に保炎器13に衝突させるためには、保炎器13の突出部13aの前流側に孔10を設置することが好ましい。この突出部13aに固体燃料の微粒子が集中的に噴出することで、固体燃料の流量を極力少なくしても、着火性の向上を図ることができる。更に、孔10の形状は図2では円形で示しているが、円形であっても、多角形であってもその形状は問わない。
FIG. 3 shows the shape of the
The
一方、運用するボイラがバイオマス専焼ボイラであれば、バイオマス燃料の一層の有効利用が図れる。微粉砕したバイオマス燃料を固体燃料ノズル4に供給し、粗粉砕したバイオマス燃料をバイオマス燃料ノズル3に供給する。
この場合、微粉砕したバイオマスの固体燃料は上述のように極力少なくしても、着火性が低下することはないため、微粉砕のための動力消費の増加も抑えられる。
On the other hand, if the boiler to be operated is a biomass-fired boiler, the biomass fuel can be used more effectively. The finely pulverized biomass fuel is supplied to the solid fuel nozzle 4, and the coarsely pulverized biomass fuel is supplied to the
In this case, even if the solid fuel of the finely pulverized biomass is reduced as much as described above, the ignitability is not lowered, so that an increase in power consumption for fine pulverization can be suppressed.
このように、微粉砕したバイオマス燃料を固体燃料の粒子として用いることもできるが、特に半炭化処理した半炭化バイオマス燃料を固体燃料の粒子として用いることが好ましい。固体燃料バイオマス燃料を半炭化処理すると、バイオマス燃料中の繊維質の熱分解が起こり、バイオマス燃料が微粉砕しやすくなる。更に、バイオマス燃料が元来揮発分を多量に含むことにより、着火性に富むため、固体燃料の粒子として好適な燃料である。 Thus, finely pulverized biomass fuel can be used as solid fuel particles, but it is particularly preferable to use semi-carbonized biomass fuel that has been semi-carbonized as solid fuel particles. When the solid fuel biomass fuel is semi-carbonized, pyrolysis of the fibers in the biomass fuel occurs and the biomass fuel is easily pulverized. Furthermore, since the biomass fuel originally contains a large amount of volatile components and has high ignitability, it is a suitable fuel as solid fuel particles.
また、燃料を微粉砕する際にも未処理のバイオマス燃料に比べて動力が軽減される。固体燃料として半炭化処理されたバイオマス燃料を使用することで、微粉砕の手間もそれほど掛からず着火性に優れるバーナを提供できる。また、半炭化バイオマス燃料の粒度は、石炭の微粉砕時と同様に200メッシュパスで70%以上であることが好ましい。 In addition, when the fuel is finely pulverized, the power is reduced as compared with the untreated biomass fuel. By using a biomass fuel that has been semi-carbonized as a solid fuel, it is possible to provide a burner that does not require much labor for pulverization and has excellent ignitability. Moreover, it is preferable that the particle size of a semi-carbonized biomass fuel is 70% or more by a 200 mesh pass similarly to the case of fine pulverization of coal.
バイオマス燃料ノズル3に供給するバイオマス燃料に何ら炭化処理されていないバイオマス燃料を使用した場合でも、燃焼時の着火性低下の防止、バイオマス燃焼バーナ1における安定燃焼等の効果を奏することは言うまでもない。
It goes without saying that even when a biomass fuel that has not been carbonized at all is used as the biomass fuel supplied to the
図4には図1のバイオマス燃焼バーナ1を備えたバイオマス燃焼装置の系統図を示す。 本実施例のバイオマス燃焼装置は、バイオマス燃料ノズル3に供給するためバイオマス燃料を貯留するバイオマスバンカ16と、バイオマスバンカ16内のバイオマス燃料を一定量供給するバイオマス燃料供給機15と、バイオマス燃料供給機15により供給されるバイオマス燃料を粉砕するバイオマス燃料粉砕機14と、バイオマス燃料粉砕機14により粉砕されたバイオマス燃料をバイオマス燃料ノズル3に供給するバイオマス燃料ライン27と、固体燃料ノズル4に供給するための固体燃料を貯留する固体燃料バンカ19と、固体燃料バンカ19内の固体燃料を一定量供給する固体燃料供給機18と、固体燃料供給機18により供給される固体燃料を微粉砕する固体燃料粉砕機20と、固体燃料粉砕機20により粉砕された固体燃料を固体燃料ノズル4に供給する固体燃料供給ライン28と、バイオマス燃焼バーナ1と、このバーナ1が設置された火炉12などから構成される。
FIG. 4 shows a system diagram of a biomass combustion apparatus provided with the biomass combustion burner 1 of FIG. The biomass combustion apparatus of the present embodiment includes a
なお、火炉12を出た燃焼排ガスは排ガスライン29から排ガス処理装置30に供給されて浄化処理される。また、二段燃焼用ガス供給ライン22から二段燃焼用ガス投入口21に燃焼用ガスを投入して火炉12に供給する二段燃焼装置としても良い。
固体燃料は固体燃料粉砕機20により微粉砕された後、固体燃料供給ライン28から固体燃料ノズル4に供給され、バイオマス燃料はバイオマス燃料粉砕機14により粗粉砕された後、バイオマス燃料ライン27からバイオマス燃料ノズル3に供給される。
Note that the combustion exhaust gas that has exited the
The solid fuel is finely pulverized by the solid fuel pulverizer 20 and then supplied from the solid
バイオマス燃料の粉砕機14と固体燃料の粉砕機20を設けることで、それぞれの燃料を粉砕後、バイオマス燃料ノズル3及び固体燃料ノズル4にスムーズに供給できる。
By providing the biomass fuel pulverizer 14 and the
特に、既設の石炭焚きボイラを微粉炭とバイオマス燃料との混焼ボイラへ改造したり、適用したりする場合、固体燃料としては微粉砕した石炭を用いることが好ましく、固体燃料の粒子の供給系統には、既設の石炭バンカ、石炭供給機、石炭粉砕機を用いることが好ましい。 In particular, when remodeling or applying an existing coal-fired boiler to a co-fired boiler of pulverized coal and biomass fuel, it is preferable to use finely pulverized coal as the solid fuel, and to the solid fuel particle supply system It is preferable to use an existing coal bunker, coal feeder, and coal grinder.
したがって、本実施例のバイオマス燃焼装置により、微粉炭燃焼装置として既設の石炭焚きボイラの利用が可能となるため、既設の石炭焚きボイラの汎用性が高まり、また経済的でもある。 Therefore, since the biomass burning apparatus of the present embodiment makes it possible to use an existing coal-fired boiler as a pulverized coal combustion apparatus, the versatility of the existing coal-fired boiler is increased and it is economical.
また、図5には図1のバイオマス燃焼バーナ1を備えたバイオマス燃焼装置の系統図(他の例)を示す。なお、図4と同じ番号の部材の説明は一部省略する。
本実施例のバイオマス燃焼装置は、バイオマス燃料ノズル3に供給するためバイオマス燃料を貯留するバイオマスバンカ16と、バイオマスバンカ16内のバイオマス燃料を一定量供給するバイオマス燃料供給機15と、バイオマス燃料供給機15により供給されるバイオマス燃料を粉砕するバイオマス燃料粉砕機14と、バイオマス燃料粉砕機14により粉砕されたバイオマス燃料をバイオマス燃料ノズル3に供給するバイオマス燃料ライン27と、固体燃料ノズル4に供給するための微粉砕された固体燃料を貯留する固体燃料貯留器25と、固体燃料貯留器25内の固体燃料を一定量供給する固体燃料供給機26と、固体燃料供給機26により供給される固体燃料を固体燃料ノズル4に供給する固体燃料供給ライン28と、バイオマス燃焼バーナ1と、このバーナ1が設置された火炉12などから構成される。
FIG. 5 shows a system diagram (another example) of a biomass combustion apparatus provided with the biomass combustion burner 1 of FIG. A part of the description of the members having the same numbers as in FIG. 4 is omitted.
The biomass combustion apparatus of the present embodiment includes a
固体燃料は、既に微粉砕されており、この状態で固体燃料貯留器25に貯留される。固体燃料を貯留する固体燃料貯留器25は、タンクやビンなど簡易的なもので良い。バイオマス燃料の粉砕機14と固体燃料貯留器25を設けることで、バイオマス燃料ノズル3及び固体燃料ノズル4にそれぞれの燃料をスムーズに供給できる。
The solid fuel has already been finely pulverized and is stored in the
図5に示すバイオマス燃焼装置が図4に示すバイオマス燃焼装置と違うところは、固体燃料供給ライン28に接続される、バンカ19、固体燃料供給機18、固体燃料粉砕機20で構成される固体燃料供給系統を、微粉砕された固体燃料を貯留する固体燃料貯留器25及び固体燃料貯留器25内の固体燃料を固体燃料供給ライン28に供給する固体燃料供給機26により構成される点にある。
The biomass combustion apparatus shown in FIG. 5 differs from the biomass combustion apparatus shown in FIG. 4 in that a solid fuel composed of a
特に、既設の石炭焚きボイラを利用しないバイオマス専焼ボイラにおいては、固体燃料の供給系統を、固体燃料貯留器25を用いた供給系統とし、固体燃料としては半炭化バイオマスを用いることが好ましい。半炭化バイオマス燃料は、長時間大気中に放置しておくと大気中の水分を吸収し、粉砕性が低下してしまう。また、新たに半炭化バイオマス燃料の粉砕機を設けると、コストがかかってしまう。しかし、半炭化バイオマス燃料が大気中の水分を吸収してしまう前に粉砕して固体燃料貯留器25に貯留することで、大型な設備を必要とせず、簡易な燃焼システムを構築できる。
In particular, in a biomass-fired boiler that does not use an existing coal-fired boiler, it is preferable to use a solid fuel supply system as a supply system using the
本発明によれば、微粉炭以外の固体燃料の微粒子とバイオマス燃料とを使用する燃焼バーナや燃焼装置においても、利用可能性がある。 According to the present invention, there is a possibility of use in a combustion burner or a combustion apparatus that uses solid fuel particles other than pulverized coal and biomass fuel.
1 バイオマス燃焼バーナ 2 液体燃料ノズル
3 バイオマス燃料ノズル 4 固体燃料ノズル
5 燃焼用ガス噴出ノズル 6 エアレジスタ
7 燃焼用ガス噴出ノズル(3次) 8 ベンチュリ
9 濃縮器 10 孔
12 火炉 13 保炎器
14 バイオマス燃料粉砕機 15 バイオマス燃料供給機
16 バイオマスバンカ 18 固体燃料供給機
19 固体燃料バンカ 20 固体燃料粉砕機
21 二段燃焼用ガス投入口 22 二段燃焼用ガス供給ライン
25 固体燃料貯留器 26 固体燃料供給機
27 バイオマス燃料ライン 28 固体燃料供給ライン
29 排ガスライン 30 排ガス処理装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
該液体燃料ノズルの外周に設けられ、バイオマス燃料と搬送気体とを搬送し噴出するバイオマス燃料ノズルと、
前記液体燃料ノズルの外周に設けられ、バイオマス燃料ノズル内の燃料の流路をバイオマス燃料ノズルの内壁側に狭める燃料濃縮器と、
前記バイオマス燃料ノズルの先端部の内壁に設けた保炎器と、
バイオマス燃料ノズルの外周に設けられ、燃料の燃焼ガスを噴出する燃焼ガスノズルと
を備えたバイオマス燃焼バーナであって、
前記バイオマス燃料ノズルの外周で、且つ燃焼ガスノズルの内周に、固体燃料の粒子を搬送しバイオマス燃料ノズル内に噴出する固体燃料ノズルを設け、
該固体燃料搬送ノズルの噴出口を、燃料濃縮器と保炎器との間で、且つ保炎器近傍のバイオマス燃料ノズル壁面に設けたことを特徴とするバイオマス燃焼バーナ。 A liquid fuel nozzle provided on the central axis;
A biomass fuel nozzle that is provided on an outer periphery of the liquid fuel nozzle and conveys and ejects the biomass fuel and the carrier gas;
A fuel concentrator which is provided on the outer periphery of the liquid fuel nozzle and narrows the flow path of the fuel in the biomass fuel nozzle to the inner wall side of the biomass fuel nozzle;
A flame holder provided on the inner wall of the tip of the biomass fuel nozzle;
A biomass combustion burner provided on the outer periphery of a biomass fuel nozzle and provided with a combustion gas nozzle for ejecting a combustion gas of fuel,
A solid fuel nozzle is provided on the outer periphery of the biomass fuel nozzle and on the inner periphery of the combustion gas nozzle to convey solid fuel particles and eject the particles into the biomass fuel nozzle,
A biomass combustion burner characterized in that the jet port of the solid fuel transfer nozzle is provided between the fuel concentrator and the flame holder and on the wall of the biomass fuel nozzle near the flame holder.
前記固体燃料ノズルに供給する固体燃料を粒子状に粉砕する固体燃料粉砕機と
を設けたことを特徴とするバイオマス燃焼装置。 The biomass burning burner according to claim 1, wherein the solid fuel particles are pulverized coal;
A biomass combustion apparatus comprising: a solid fuel pulverizer that pulverizes solid fuel supplied to the solid fuel nozzle into particles.
前記固体燃料ノズルに供給する半炭化処理されたバイオマス燃料の粒子を貯留する固体燃料貯留器と
を設けたことを特徴とするバイオマス燃焼装置。 A biomass burning burner according to claim 2;
A biomass combustion apparatus comprising: a solid fuel reservoir that stores particles of biomass fuel that has been semi-carbonized to be supplied to the solid fuel nozzle.
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